发现外星行星围绕一颗老化的恒星螺旋上升到它的厄运

Kepler-1658 系统的艺术家概念图。 Kepler-1658b 的公转周期仅为 3.8 天,是开普勒发现的第一颗系外行星候选者。 图片来源:Gabriel Perez Diaz/Instituto de Astrofísica de Canarias

天文学家首次发现了一颗系外行星,其轨道围绕一颗已演化或较老的主恒星衰减。 饱经沧桑的世界似乎注定要越来越接近它正在成熟的恒星,直到发生碰撞并最终毁灭。

这一发现通过首次观察处于这一演化后期的系统,提供了对漫长的行星轨道衰变过程的新见解。

死于恒星被认为是等待许多世界的命运,随着我们的太阳变老,地球可能在数十亿年后最终告别。

天体物理学中心 51 Pegasi b 研究员 Shreyas Vissapragada 说:“我们之前已经发现了系外行星向其恒星旋转的证据,但我们以前从未在进化的恒星周围看到过这样的行星。” Harvard & Smithsonian 和描述结果的新研究的主要作者。 “理论预测,进化的恒星在从行星轨道上消耗能量方面非常有效,现在我们可以通过观察来检验这些理论。”

研究结果周一发表在《天体物理学杂志快报》上。

这颗命运多舛的系外行星被命名为 Kepler-1658b。 顾名思义,天文学家使用开普勒太空望远镜发现了这颗系外行星,这是一项开创性的行星搜寻任务,于 2009 年发射。奇怪的是,这颗行星是开普勒观测到的第一颗新的系外行星候选者。 然而,花了近十年时间才确认这颗行星的存在,此时该物体作为第 1658 个条目正式进入开普勒目录。

Kepler-1658b 是一颗所谓的热木星,系​​外行星的绰号与木星的质量和大小相当,但在灼热的超-close 绕着它们的宿主恒星运行。 对于开普勒 1658b,该距离仅为我们的太阳与其最紧密的轨道行星水星之间空间的八分之一。 对于热木星和其他行星,如 Kepler-1658b,它们已经非常 close 对他们的恒星来说,轨道衰变看起来肯定会以毁灭告终。

测量系外行星的轨道衰减对研究人员提出了挑战,因为这个过程非常缓慢且渐进。 就开普勒 1658b 而言,根据这项新研究,它的轨道周期正以每年约 131 毫秒(千分之一秒)的极小速度减少,较短的轨道表明行星已移近其恒星。

检测到这种下降需要多年的仔细观察。 该手表从开普勒望远镜开始,然后被南加州帕洛玛天文台的黑尔望远镜接收到,最后是 2018 年发射的凌日系外行星巡天望远镜 (TESS)。这三台仪器都捕捉到了凌日现象,即系外行星穿过表面的术语它的恒星并导致恒星亮度非常轻微的变暗。 在过去的 13 年里,Kepler-1658b 凌日的间隔略有但稳步缩短。

Kepler-1658b 经历的轨道衰减的根本原因是潮汐——与地球海洋每天涨落的现象相同。 潮汐是由两个绕轨道运行的物体之间的引力相互作用产生的,例如我们的世界与月球或开普勒 1658b 及其恒星之间的引力相互作用。 身体的重力会扭曲彼此的形状,当身体对这些变化做出反应时,能量就会释放出来。 根据所涉及天体之间的距离、大小和旋转速率,这些潮汐相互作用可能导致天体相互推开(地球和缓慢向外旋转的月球就是这种情况)或向内推,就像 Kepler-1658b 朝向它的明星。

仍然有很多研究人员不了解这些动力学,特别是在恒星-行星场景中。 因此,对 Kepler-1658 系统的进一步研究应该证明是有益的。

这颗恒星已经演化到它的恒星生命周期开始膨胀的阶段,正如我们的太阳所预期的那样,并进入了天文学家所说的次巨星阶段。 与我们的太阳等未演化恒星相比,演化恒星的内部结构应该更容易导致从宿主行星轨道获取的潮汐能耗散。 这加速了轨道衰变过程,使研究人类时间尺度变得更加容易。

结果进一步有助于解释 Kepler-1658b 的内在怪异之处,它看起来比预期的更亮、更热。 该团队表示,缩小行星轨道的潮汐相互作用也可能在行星内部产生额外的能量。

Vissapragada 指出了木星的卫星 Io 的类似情况,它是太阳系中火山最多的天体。 来自木星对木卫一的引力推拉融化了这颗行星的内部结构。 然后,这种熔化的岩石喷出到月球以黄色硫沉积物和新鲜红色熔岩着称的地狱般的比萨饼表面。

叠加对 Kepler-1658b 的额外观测应该可以更清楚地了解天体相互作用。 而且,由于 TESS 计划继续仔细检查附近的数千颗恒星,Vissapragada 及其同事希望望远镜能够发现许多其他系外行星的实例,这些系外行星在其宿主恒星的下水道中盘旋。

Vissapragada 说:“既然我们有证据表明一颗行星围绕一颗演化的恒星旋转,我们就可以真正开始完善我们的潮汐物理模型。” “Kepler-1658 系统可以在未来几年以这种方式充当天体实验室,运气好的话,很快就会有更多这样的实验室。”

Vissapragada 几个月前刚加入天体物理中心,现在由 Mercedes López-Morales 指导,他期待着系外行星科学继续取得显着进步。

“Shreyas 是我们团队的一个受欢迎的成员,该团队致力于描述系外行星及其大气层的演化特征,”天体物理中心的天文学家 López-Morales 说。

Vissapragada 补充说:“我迫不及待地想看看我们所有人最终会发现什么。”